JP2882481B1 - 泥水・泥土圧シールド掘削兼用地層ガス検知方法及び検知装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 シ−ルド掘削中に地層ガス濃度を検知し、異
常ガス濃度地層に逢着する危険を事前に予知する。 【解決手段】 泥水または泥土圧シールド工法におい
て、回転カッターで掘削された地山土砂の混入した泥水
試料または泥土試料を、第１と第２の試料吸排管３，４
と試料吸排ポンプ７との組み合わせからなる試料吸排系
１０を移送する過程で一定量採取し、この採取試料を前
記試料吸排系１０とバルブ機構を介して接続された試料
循環系２８に配設のサンドトラップ２４に送り、さらに
この試料循環系２８における水が充満され、かつ真空に
保たれたガス抽出器２５に送り、この試料循環系２８内
で採取試料を循環混合させることで、砂分などの前記固
形質を前記サンドトラップ底部に沈積させ、ガス成分の
溶存する混合溶液から遊離したメタンガスなどの遊離気
体を前記ガス抽出器２５に連設のシリンダ３４に取り込
み、さらに、遊離気体を空気で希釈して一定量の混合ガ
スとしてガス分析器４２に送り、ガス成分別に定量分析
し、地山土砂に含まれるメタンなど有害ガス量を算出す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールドトンネル
を掘削する場合に使用される泥水又は泥土圧シールド掘
削兼用地層ガス検知方法及び、ガス検知装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】泥水・泥土圧のシールドトンネルの掘削
工事中に、地層に溜ったフリーガスが突然噴出し、重大
な災害に至った事例が過去にあり、シールド工法におい
て、可燃性ガス検知システムの重要性および、シールド
前面の地山のガス含有量の事前予知法の確立の必要性が
強く指摘されている。

【０００３】泥水シールド工法とは、最先端の切羽を掘
削するチヤンバー内を泥水で満して孔壁面の崩壊を防ぎ
ながら掘削していく工法である。

【０００４】また、泥土圧シールド工法とは、掘削土砂
の塑性流動を促進させる添加剤を注入しながら、回転カ
ッターヘッドで掘削した土砂を機械的に撹拌して、切羽
とシールド隔壁の間に充満させ、シールドの推進力等に
より加圧し、その泥土圧を切羽全体に作用させて切羽の
安定を図りながら、スクリューコンベヤー等で排土する
工法（シールド年鑑、９７′）である。

【０００５】前記シールド工法の対象となる地盤の土質
は、主として沖積系、洪積系のシルト質粘性土層、ある
いは砂礫層などであるが、中でも添加剤によって掘削土
砂の塑性流動性の改良が必要な土質は砂礫層であり、さ
もないと切羽の安定に必要な泥土圧の発生や排土が困難
になる。

【０００６】一方、地山に貯留するガス成分はこれら土
砂の間隙水に溶解して存在する。そのため、採取した泥
土試料からガス成分を抽出する際には、先ず半固体状の
泥土試料を水で希釈して溶液状となし、次に不要な固形
質（砂分）を分離除去した後、溶液中のガス成分を抽出
することが必要になる。

【０００７】泥水シールドの場合、採取した試料中の大
半は水分で砂分の量は泥土試料に比べると遙かに少量で
ある。したがって、必ずしも固形質を分離除去する必要
のない場合もある。

【０００８】しかし、泥土圧シールドで採取した泥土試
料の場合は採取量の内約５０％は固形質で、例えて言え
ば建設用の生コンクリートの性状に似ている。これが添
加剤によって塑性・流動性を示している間は、試料採取
用の配管やポンプ内部を移送中に目詰まりを起こす心配
は少ない。しかし泥土試料は、水で希釈した途端に試料
中の水分と砂分は分離して流動性を失い、配管やポンプ
内で沈積して目詰まりを起こし易い。

【０００９】このため、泥土圧シールドに適用可能なガ
ス検知装置を設計する場合、装置の機能やガス分析精度
を損なうことなく、採取試料中の砂分など固形質による
障害をいかに排除し得るかが重要な鍵となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、先に「シ
ールド掘削用ガス検知方法及び装置」（特許公開平成９
年１６６５２５号）として、泥水・泥土圧シールド対応
型のガス検知方法・装置の発明を行った。この発明にお
いては、ピストンを利用して試料の吸入、排出、脱ガス
などの動作を行うことを特徴とした。これを試作実験の
結果、前述のような砂分による目詰まり、あるいは配管
内で泥土試料を移送する駆動力、更に脱ガス時の真空度
の維持などの点で動作の確実性に課題があり、泥水用な
らば兎も角、泥土圧用として実用化のためにはなお改良
すべき課題があることが判った。

【００１１】本発明者は、前記の課題を解決すべく研究
を行い、泥土中の砂分の含有量や添加剤の量を加減して
様々な性状の試料を作り、種々形式のスラリー用ポンプ
を使用して試料の採取・移送する動作の確実性を試した
結果、ピストン方式以外の試料吸入，排出ポンプ方式が
望まれ、中でもスラリー用ポンプの一種であるローラチ
ューブポンプが最適であることが判った。

【００１２】更に研究の結果、採取した泥土試料から砂
分を分離除去し、分離後の砂分を効果的に装置外に排出
するためのサンドトラップとジェットノズルを設けるこ
とによって、前述の問題点を全て解決しうることも判っ
た（詳細は後述する）。

【００１３】このようにして、本発明では、サンドトラ
ップ、ジェットノズルの採用により従来技術の欠点は改
良され、さらに、本発明装置用として開発された新型の
スラリー用遮断バルブ、これに加えて前記ローラチュー
ブポンプ（以下「試料吸排ポンプ」と称する）などの部
品を付加することにより、機能性、耐久性、実用性など
全ての点で従来発明の性能を著しく改善し、名実ともに
泥水・泥土兼用型の装置とすることができた。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明をさらに説明す
る。 ［本発明の目的と意義］本発明装置は、泥土圧シールド
掘進機（泥水シールドも同じ）の前面隔壁に装着し、掘
進中に予め設定された時間間隔で泥土試料を採取し、そ
の試料に含有されるガス成分を抽出・分析し、地山地層
に貯留する可燃性天然ガスを定量計測し、もって掘削作
業中のシールド坑内環境の安全確保に貢献することを目
的とするものである。

【００１５】本発明装置の装着個所は必ずしもシールド
機前面隔壁でなくともよく、最寄りの個所であれば何処
でもよいが、計測データのリアルタイム性の点で隔壁装
着が最適であることは言うまでもない。また、本発明装
置が対象とする分析試料が泥土、泥水の何れであっても
本装置の使用目的に適うことは言うまでもない。

【００１６】泥水シールドの場合は、泥水循環は地上と
地下の間を送排泥管により行われるので、地層から泥水
に混入したガス成分は坑内大気中に暴露されることな
く、排泥管内を泥水と共に移送される。しかし泥土圧シ
ールドにあっては、掘削した地山排土を泥土として坑外
に排出するもので、その搬送手段によっては排出中の泥
土を坑内大気に直接触れざるをえない状況も起こりう
る。もしその時、泥土中にガス成分があれば坑内大気は
たちまち遊離ガスにより汚染され、危険な事態も起こり
かねない。

【００１７】シールド工事の施工区間は、事前にそのト
ンネル路線に沿ってボーリング調査などの方法で埋蔵ガ
ス量の試験が実施され、その有無や多少により工法・機
種の選定が行なわれる。しかしながら、ボーリング調査
で得た結果はあくまで点のデータであって、必ずしも路
線全体をカバーしうるものではなく、地層構造の複雑性
によって予期せぬ個所に高濃度のメタンを賦存していた
事例もあった。

【００１８】泥土圧シールド工法は、その経済性の故に
シールド工法全体の三分の二強の施工実績を占めるもの
であり、前述の理由により坑内作業環境が地層からの湧
出ガスにより汚染される危険性は泥水式の場合に比し極
めて高いと言わざるをえない。したがって、掘削した地
山排土が搬送中に坑内大気に触れる以前に、すなわち掘
進中のシールド機隔壁部においていち早く地山のガスの
有無あるいはその多少を検知することは、作業環境の安
全確保のため極めて重要である。

【００１９】では、泥水シールド工法の場合は本発明装
置の適用外と言いうるであろうか。シールド機自体は密
閉構造を有し、「テールシール」と呼ばれるシール材に
よってトンネル外圧を遮断し、水の侵入を防いでいる。

【００２０】しかし、「テールシール」は気体の侵入に
対しては必ずしも万全とは言い難く、過去の災害事例で
もこの点が指摘されており、泥水シールド工法といえど
も本発明装置適用の例外たりえない。

【００２１】近年では、有害ガス発生危険度の高い地域
のシールドの施工にあっては、坑内大気のガス検知器設
置の強化、坑内換気の強化、機器の防爆化などの安全対
策を施している。これらの対策は、有害ガスが坑内に侵
入した後の安全措置、つまり受動的対策である。有害ガ
ス発生危険度の高い個所が施工区間のごく一部であって
も、これらの安全対策がなされ、工費の高騰につなが
る。

【００２２】一方本発明は、地山の有害ガス発生危険度
を調査しつつ施工を進めようとするもので、能動的安全
対策と言えよう。危険度を事前に察知し、その都度安全
措置を講じようとするもので、工費の削減にもつなが
る。何よりも恐いのは、有害ガスが存在しないと予測さ
れた個所において、突如ガス発生に見舞われた場合であ
り、本発明の意義もまさにこの点にある。

【００２３】前記の技術的背景をふまえて、本発明は次
のように構成した。すなわち、本発明に係る泥水・泥土
圧シールド兼用の地層ガス検知方法は、泥水または泥土
圧シールド工法において、回転カッターで掘削された地
山土砂の混入した泥水試料または泥土試料を、試料吸排
管と試料吸排ポンプとの組み合わせからなる試料吸排系
を移送する過程で一定量採取し、この採取試料を、前記
試料吸排系とバルブ機構を介して接続された試料循環系
に配設のサンドトラップに送り、さらにこの試料循環系
における水が充満され、かつ真空に保たれたガス抽出器
に送り、この試料循環系内で採取試料を循環混合させる
ことで、砂分などの固形質を前記サンドトラップ底部に
沈積させ、ガス成分の溶存する混合溶液から遊離したメ
タンガスなどの遊離気体を前記ガス抽出器に連設のシリ
ンダに取り込み、さらに、遊離気体を空気で希釈して一
定量の混合ガスとしてガス分析器に送り、このガス分析
器でガス成分別に定量分析し、地山土砂に含まれるメタ
ンなど有害ガス量を算出することを特徴とする。

【００２４】また本発明の泥水・泥土圧シールド兼用の
地層ガス検知装置は、回転カッターで掘削された土砂を
泥水試料または泥土試料として取り込む試料吸排管と、
この試料吸排管で取り込んだ採取試料を前記試料吸排管
を通して吸入，排出し、バルブの切り換えにより後工程
である試料循環系に移送する試料吸排ポンプとの組み合
わせからなる試料吸排系と、前記試料に含まれている固
形質を分離、除去するサンドトラップおよび水が充満さ
れ、かつ真空に保たれたガス抽出器を系内に有し、バル
ブ機構を介して前記試料吸排系と接続される試料循環系
と、前記ガス抽出器に接続され、前記試料循環系内のガ
ス成分の溶存する混合溶液からメタンガスなどの遊離気
体を取り込むシリンダと、前記遊離気体を空気で希釈し
て一定量の混合ガスとして取り込み、ガス成分別に定量
分析し、地山土砂に含まれるメタンなど有害ガス量を算
出するガス分析器とからなる構成を特徴とする。

【００２５】本発明において、前記２本の試料吸排管
が、シールド機先端の隔壁に取り付けられ、各試料吸排
管の先端入り口に砂礫防護スクリーンが設けられ、前記
サンドトラップが、前記固形質の除去効果を高めるため
試料吸排ポンプの吐出量、採取試料の量、試料希釈用水
量などによって決定される容積と高さ寸法を有し、更
に、ジェット噴流によるサイホン効果を利用して前記サ
ンドトラップで除去された砂分など固形質を装置外に排
出するための注水ノズルが設けられている構成を特徴と
する。

【００２６】また、本発明において、前記試料吸排ポン
プを、砂分など固形質を含む泥水または泥土試料を効率
よく吸排し、かつ耐久性に優れたスラリー用のローラチ
ューブポンプで構成し、前記試料吸排系及び試料循環系
のそれぞれに設ける前記バルブには、空気シリンダと補
強材入りゴムチューブの組み合わせからなる耐久性に優
れたスラリー用遮断バルブを使用することを特徴とす
る。

【００２７】本発明によると、例えばシールド掘削が１
メートル進行する間に複数回掘削地層中の泥土試料を試
料吸排系で採取し、試料循環系に移送し、この試料循環
系内において採取試料を循環させることによりサンドト
ラップで固形質を除去し、かつ試料中のガスをガス抽出
器で素早く抽出して空気との混合ガスを作り、これをガ
ス分析装置に移送してそのガス濃度を測定し、掘削地層
中のガス濃度を高精度に測定し、検知できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図を参照
して説明する。図１〜図３は本発明に係る泥水・泥土圧
シールド掘削兼用地層ガス検知装置の概念図である。

【００２９】図１に示されるようにガス検知装置１は、
通常シールド掘進機の前部隔壁２に装着される。すなわ
ち、このガス検知装置１において、第１と第２の試料吸
排管３，４の先端部がシールド掘進機の前部隔壁２に開
設された孔５（図２に示す）に挿入され、隔壁前面にお
いて、各管先端には砂礫防護スクリーン６が取付けら
れ、また、各吸排管３，４の後部間は、ローラチューブ
ポンプ（以下試料吸排ポンプという）７を途中に設けた
試料採取配管８で接続されて試料吸排系１０が構成され
ている。

【００３０】前記第１と第２の試料吸排管３，４には、
それぞれ第１と第２の手動ボールバルブ１１，１２と、
第３と第１の遮断バルブ１３，１４が設けられている。
試料採取管８には、前述の試料吸排ポンプ７と第１流量
計１５が設けられる。試料吸排ポンプ７は、前述のとお
り、スラリー用ポンプの一種であるローラチューブポン
プで構成され、モータ（図示せず）に連結の駆動軸１６
に取付けた回転ブラケット１７に複数のローラ１８が取
付けられ、これに対応してローラチューブポンプ配設区
間は補強材入り可撓性チューブ１９で構成されている。

【００３１】したがって、回転ブラケット１７と一体に
ローラ１８が公転することで可撓性チューブ１９の内径
が縮径され（なお、図ではローラと反対側に設けられる
チューブ受け部材は省略されている）、その縮径と拡径
の繰り返しにより、採取試料は試料吸排系１０内を移送
される。

【００３２】試料採取配管８の両端には、第１と第２の
試料吸排管３，４と反対方向に伸長する第１と第３の配
管２０，２１が、第２と第４の遮断バルブ２２，２３を
介して接続され、この第１と第３の配管２０，２１の他
端にそれぞれサンドトラップ２４とガス抽出器２５が接
続され、このサンドトラップ２４とガス抽出器２５が第
５の遮断バルブ２６を介して第２の配管２７により接続
されている。そして、これら第１と第２と第３の配管２
０，２７，２１およびサンドトラップ２４とガス抽出器
２５とで試料循環系２８が構成されている。

【００３３】サンドトラップ２４の下部にはジェットノ
ズル２９が接続され、ジェットノズル２９には第４電磁
弁３０を介して給水管３１が接続されている。サンドト
ラップ２４の上部には第２の配管２７と接続して、第５
電磁弁３２を有する第１空気取入れ管３３が接続されて
いる。

【００３４】ガス抽出器２５の上部にはシリンダ３４が
接続され、シリンダ３４には排出管３７が接続され、第
６（三方）電磁弁３５、水抜き３６を介してこの排出管
３７に真空ポンプ３８が接続されている。また、シリン
ダ３４には第２電磁弁３９を介して第２空気取入れ管４
０が接続されていると共に、第３（三方）電磁弁４１を
介してガス分析器４２へ導かれた配管４３が接続されて
いる。

【００３５】ガス抽出器２５にはまた、第１電磁弁４４
と第２流量計（パルス出力）４５を介して他端が水槽４
６に導かれた配管４７が接続されている。水槽４６には
給水管４８が導入され、また電磁弁４９を介して排出管
５０が導出され、さらに水位センサ５１が設けられてい
る。

【００３６】第１〜第５の各遮断バルブ１４，２２，１
３，２３，２６は、図４、図５のように構成されてい
る。補強材入りゴムチューブ５２の両端が継手５３を介
して各配管に接続され、この継手５３の嵌入部において
支持枠５４の締結部５５で締結されることで、補強材入
りゴムチューブ５２が支持枠５４に支持されている。支
持枠５４には空気圧シリンダ５６が設けられていて、そ
の押圧杆５７の先端の可動押圧部５８が補強材入りゴム
チューブ５２の中間部一側面を外側から押圧する。支持
枠５４には固定押圧部５９が前記可動押圧部５８に対向
して設けられている。

【００３７】したがって、空気圧シリンダ５６を収縮移
動させることにより、図４のように可動押圧部５８が後
退移動して補強材入りゴムチューブ５２が自身の弾発力
で拡径して通路を開き（バルブ開）、逆に空気圧シリン
ダ５６を伸長移動させることにより、図５のように可動
押圧部５８が前進移動して補強材入りゴムチューブ５２
が自身の弾発力に抗して扁平に縮径されて通路を閉じる
（バルブ閉）ものである。

【００３８】本発明の実施形態において、図１はガス検
知装置の主要部分を示すもので、本装置に付属するガス
分析ユニット、あるいはシステム全体を制御するコント
ローラ、地上演算表示装置などの詳細は省略した。ただ
し、ここで省略されている各付属装置について簡単に言
及する。ガス分析ユニットは、例えばガスクロマトグラ
フのように飽和炭化水素ガスを分析定量できる装置を使
用する。また、コントローラは図１の装置のみならずガ
ス分析ユニット、その他の外部装置を含めてシステム全
体のシーケンス制御を司る装置で、例えば図１の装置の
場合、各所に設置された各種モニタ用センサ、すなわ
ち、第２試料吸排管４に設けた排泥土圧力センサ６０、
サンドトラップ２４に設けた器内満水検出センサ６６、
器内空検出センサ６１、ガス抽出器２５に設けたガス抽
出圧力センサ６２、下限水位圧力センサ６３、シリンダ
３４に設けたガスゼロ検出センサ６４、混合ガス水位検
出センサ６５、水槽４６に設けた水位センサ５１などの
各モニタ用センサの信号を受けて、予め設定された順序
に従って各部の動作を制御し、また動作に不具合が生じ
た時には地上演算表示装置にその不具合個所を表示し、
また同時に正常に動作に復旧させるための補助動作を行
わせるなど、全体システムの頭脳的役割を果たす装置で
ある。また地上演算表示装置は、地下装置から送られた
分析データをもとに、掘進データと合わせて地層ガス濃
度の演算表示、地層ガス濃度が危険範囲に及ぶと警報を
発する機能を有し、更に地下装置の動作状態の表示、地
下装置のシーケンス動作の変更などを司る。

【００３９】以下、本発明装置による試料の採取から試
料中のガス成分の抽出に至る各工程と動作を説明する。
なお、以下の説明で、採取する試料名は泥土と称する
が、勿論泥水も含まれる。

【００４０】 試料の採取工程 試料の採取段階で、５つの遮断バルブのうち、第１と第
３と第５の遮断バルブ１４，１３，２６は開、第２と第
４の遮断バルブ２２，２３は閉で、また、第１〜第５の
５つの各電磁弁４４，３９，４１，３０，３２は全て閉
の状態にある。このとき、サンドトラップ２４とガス抽
出器２５及び、これらを結ぶ第１，第２，第３の配管２
０，２７，２１からなる試料循環系２８は水で充満さ
れ、その内部の空気は真空ポンプ３８で吸引排出されて
マイナス１気圧に保たれている。

【００４１】試料吸排ポンプ７が作動し始めると、掘進
機の隔壁２の前にある掘削泥土は、砂礫防護スクリーン
６を介して第１の試料吸排管３の先端から装置内に吸入
され、第２の試料吸排管４から装置外、つまり掘進機隔
壁２の前に排出される。このとき、各試料吸排管３，４
の先端に装着された砂礫防護スクリーン６により、一定
サイズ以上の砂礫は管内部に出入しない。泥土試料の吸
入が終ると第１と第３の遮断バルブ１４，１３を閉じ
る。

【００４２】この時に重要なことは、前回の泥土試料が
各管内部に残っているので、試料吸排ポンプ７による吸
入動作を余分に行つて、新鮮な泥土試料を採取するこ
と、および採取試料の量を常に一定に保つようポンプの
動作を制御することである。

【００４３】 試料の水による希釈、砂分の分離，循
環，ガス成分の抽出 試料採取配管８内における試料の採取が終ると、第２と
第４と第５の遮断バルブ２２，２３，２６を開き、試料
吸排ポンプ７の作動で採取した試料採取配管８内の試料
を水と共に、第１の配管２０→サンドトラップ２４→第
２の配管２７→ガス抽出器２５→第３の配管２１→試料
採取配管８の他端の経路で循環させる。

【００４４】前記において、泥土試料は、第２遮断バル
ブ２２から第１配管２０を経由してサンドトラップ２４
の底部からその内部に移送される。サンドトラップ２４
の容積、高さは試料吸排ポンプ７の吐出量、採取した試
料の量、試料希釈に必要な水量などにより決められる。

【００４５】そして、サンドトラップ２４の底部から内
部に移送される泥土は、水により希釈されると同時に塑
性流動性を失い、水質と固形質とに分離する。サンドト
ラップ２４の内部混合溶液が上昇する間に、流速の作用
によって水質のみが第２の配管２７を経てガス抽出器２
５至り、固形質（砂分）はサンドトラップ２４の内部に
残る。勿論、微細な粒子は水質と一緒に第２の配管２７
に流れるが、サンドトラップ２４の目的は、配管系の目
詰りを引き起こすおそれのある大きな粒子を除去するこ
とにあるので、その点は問題がない。

【００４６】サンドトラップ２４から第２配管２７→第
５遮断バルブ２６→ガス抽出器２５→第３の配管２１→
第４遮断バルブ２３に至る試料循環系２８の内部を、試
料を希釈した混合溶液が充分時間をかけて循環され、こ
の間に溶液中のガス成分は、真空ポンプ３８作動による
真空作用と、サンドトラップ２４による撹拌作用を受け
て遊離し、微細な気泡状となり、ガス抽出器上部のシリ
ンダ３４に集められる。

【００４７】 ガスの定量分析 ガス抽出器２５の上部のシリンダ３４に集められたガス
成分は、ガス分析器（分析用ガスクロマトグラフ）４２
に送り定量分析を行う。

【００４８】ここで、サンドトラップ２４とならぶ主要
素の他の１つであるガス抽出器２５に接続のシリンダ３
４の動作について述べる。シリンダ３４の役割は、一種
のガス溜めである。いま、分析対象とするガス成分が可
燃性天然ガスのうち、メタンであったとする。泥土試料
から遊離するガス成分は、空気（酸素，窒素），メタ
ン，二酸化炭素が主成分で、これにごく希にエチレン，
エタンなどが混在し、しかも、泥土試料から遊離するガ
ス成分の抽出量は試料ごとに異なる。この遊離ガス量で
計測する方法はなくもないが、複雑であり現場計測には
不向きである。

【００４９】そこで、抽出し終えたガス成分をガス分析
器に送る場合、一旦この混合ガスを大気圧に戻す必要が
ある。この手順を利用して混合ガスを空気で薄めてや
り、ガス分析器４２に送る混合ガスの総量を常に一定に
なるように調節し、この総量当りの百分率をもってメタ
ンを定量する方法が簡便であり実際的である。

【００５０】シリンダ３４の内部の上下には、下限水位
検出センサ６３と混合ガス水位検出センサ６５が取付け
られており、混合ガスの総量はシリンダ３４の下限水位
を調節するように第１電磁弁４４を開き、内部に注水し
つつ同時に第３電磁弁４１を開き、シリンダ３４の内部
からガス分析器４２への混合ガスの排出は、上限の水位
検出センサ６５に検出されるまでの間継続して行われ、
ガス分析器（ガスクロマトグラフ）４２は、ガス成分別
に定量分析する。

【００５１】 砂分の排出 前記の工程が行われている間に、サンドトラップ２４
の底部に分離沈積した砂分は装置外に排出される。この
時、第１と第４と第５の遮断バルブ１４，２３，２６は
閉の状態、同じく第２と第３の遮断バルブ２２，１３は
開の状態で、泥土試料吸排ポンプ７は逆回転され、同時
に第４電磁弁３０が開いて、給水管３１からノズル２９
に注水される。

【００５２】この工程は、サンドトラップ２４の役割と
同様、本発明の中でも重要な動作である。すなわち、サ
ンドトラップ２４上部の空気導入用の第５の電磁弁３２
は閉の状態で、また第５遮断バルブ２６も閉のため、サ
ンドトラップ２４の内部は水で充満されている。サンド
トラップ２４内に水を充満させることは、次工程の砂分
排出効果を高めるためにきわめて重要である。

【００５３】試料吸排ポンプ７が作動すると、給水管３
１からノズル２９に注入される水はジェット状の噴流と
なり、このサイホン効果（負圧）により、サンドトラッ
プ２４の底部に沈積した砂分は、急激にかつ効果的に第
１配管２０に向けて排出され、第２遮断バルブ２２から
試料吸排ポンプ７、さらに第３遮断バルブ１３を経て第
１試料吸排管３から装置外に排出される。

【００５４】 配管、各器内の洗浄、待機 前記との工程終了を待って、サンドトラップ２４、
ガス抽出器２５、第１，第２，第３の各配管２０，２
７，２１内に残った泥土試料は、次の試料採取、分析の
障害にならないようにするため装置外に排出し、続いて
器内の水による洗浄の工程に入る。

【００５５】さらに説明すると、まず、サンドトラップ
２４内の残存試料を排出するため、第５電磁弁３２の空
気口を開き、第２，第３の遮断バルブ２２，１３を開と
して試料吸排ポンプ７を逆回転させつつ第１の試料吸排
管３より排出を行う。次にガス抽出器２５内の残存試料
についても同様に第２電磁弁３９の空気口を開き、第１
と第４の遮断バルブ１４，２３を開き、他の第２，第
３，第５の遮断バルブ２２，１３，２６は全て閉とし、
試料吸排ポンプ７を正転させて第２試料吸排管４より排
出する。

【００５６】続いて各器内の洗浄のため、第１と第３の
遮断バルブ１４，１３を閉じ、第２，第４，第５の遮断
バルブ２２，２３，２６を開き、第１電磁弁４４の注水
口を開き、試料吸排ポンプ７を正転しつつガス抽出器２
５から第３配管２１、さらに試料採取配管８、第１配管
２０を経てサンドトラップ２４に至り、第５遮断バルブ
２６からガス抽出器２５に戻る試料循環系２８の全体に
清水を充満させ、循環洗浄した後、第１と第４の遮断バ
ルブ１４，２３を開とし、第２と第３および第５の遮断
バルブ２２，１３，２６を閉とし、第１電磁弁４４の注
水口を閉じ、第２電磁弁３９の空気口を開き、第２試料
吸排管４より洗浄水を排出する。試料循環系２８の洗浄
は数回繰り返す。

【００５７】試料循環系２８の洗浄が終わると、第１と
第３の遮断バルブ１４，１３を閉とし、第２，第４，第
５の遮断バルブ２２，２３，２６を開とし、第２電磁弁
３９の空気口を閉じ、第６電磁弁３５を開けて真空ポン
プ３８を作動させつつ、第１電磁弁４４の注水口より試
料循環系２８に清水を充満させ、器内の真空度がマイナ
ス１気圧に達したならば真空ポンプ３８を停止、第１〜
第５の全ての遮断バルブ１４，２２，１３，２３，２６
及び第１〜第６の、電磁弁４４，３９，４１，３０，３
２，３５を閉じ、装置は次回の工程再開まで待機状態に
入る。

【００５８】前記〜までの工程は、シーケンス制御
用のコントローラにより制御され、前記工程の繰り返し
は、タイマによる時間間隔、またはシールドの掘削長ご
との信号を受けて再開される。

【００５９】また、前記〜までのシーケンス工程に
は、前述のとおりモニタ用センサが試料吸排系１０、試
料循環系２８のそれぞれに設置されており、例えば泥土
圧圧力センサ６０は試料の吸排時に管内の目詰まりがあ
ればこれを感知し、試料吸排ポンプ７の正逆転を繰り返
して目詰まりを排除する。また、ガス抽出圧力センサ６
２は、ガス抽出器２５内の真空度を監視し、各遮断バル
ブや各電磁弁の漏れ、あるいは真空ポンプ３８の能力低
下などを感知し、地上のモニタ画面で異常の有無を知ら
せる。また、流量センサは、注水量を監視し、試料の希
釈、器内の洗浄などの工程について、同じく異常の有無
を知らせる。

【００６０】地上に設置された演算監視装置は、地下装
置の分析データ、その他掘進データなどから地山地層の
賦存ガス量を演算表示記録し、同時に地下装置の動作の
異常の有無を監視し、地山の貯留ガス量が危険濃度に達
すると警戒表示灯を点灯させ、地上、地下の作業者に警
報を発する。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
シールド掘進機で地中を掘削中にリアルタイムに地層ガ
ス濃度を測定し、異常ガス濃度地層に逢着する危険を事
前に予知することが可能となり、工事の安全遂行、作業
員の安全衛生に大きく寄与するものである。また、本発
明は、泥土式のみならず泥水式のシールド掘削のいずれ
にも適用可能であるが、特に泥土圧シールド掘削で採取
する固形質（砂分）を多量に含んだ泥土試料でも配管系
に目詰まりを生じさせることなく、この泥土試料の水に
よる希釈、砂分の分離、循環、ガス成分の抽出を円滑に
行なうことができるという実用上すぐれた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る泥水・泥土圧シ−ルド
掘削兼用地層ガス検知装置の概念図である。

【図２】図１の左半部の拡大図である。

【図３】図１の右半部の拡大図である。

【図４】（Ｂ）は遮断バルブの開時の縦断面図、（Ａ）
は同図（Ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。

【図５】（Ｂ）は遮断バルブの閉時の縦断面図、（Ａ）
は同図（Ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。

【符号の説明】

１ ガス検知装置 ２ 前部隔壁 ３ 第１試料吸排管 ４ 第２試料吸排管 ５ 孔 ６ 砂礫防護スクリ−ン ７ 試料吸排ポンプ ８ 試料採取配管 １０ 試料吸排系 １１ 第１手動ボ−ルバルブ １２ 第２手動ボ−ルバルブ １３ 第３遮断バルブ １４ 第１遮断バルブ １５ 第１流量計 １６ 駆動軸 １７ 回転ブラケット １８ ロ−ラ １９ 可撓性チュ−ブ ２０ 第１配管 ２１ 第３配管 ２２ 第２遮断バルブ ２３ 第４遮断バルブ ２４ サンドトラップ ２５ ガス抽出器 ２６ 第５遮断バルブ ２７ 第２配管 ２８ 試料循環系 ２９ ノズル ３０ 第４電磁弁 ３１ 給水管 ３２ 第５電磁弁 ３３ 第１空気取入れ管 ３４ シリンダ ３５ 第６電磁弁 ３６ 水抜き ３７ 排出管 ３８ 真空ポンプ ３９ 第２電磁弁 ４０ 第２空気取入れ管 ４１ 第３電磁弁 ４２ ガス分析器 ４３ 配管 ４４ 第１電磁弁 ４５ 第２流量計 ４６ 水槽 ４７ 配管 ４８ 給水管 ４９ 電磁弁 ５０ 排出管 ５１ 水位センサ− ５２ 補強材入りゴムチュ−ブ ５３ 継手 ５４ 支持枠 ５５ 締結部 ５６ 空気圧シリンダ ５７ 押圧杆 ５８ 可動押圧部 ５９ 固定押圧部 ６０ 排泥土圧圧力センサ ６１ 器内空検出センサ ６２ ガス抽出圧力センサ ６３ 下限水位検出センサ ６４ ガスゼロ検出センサ ６５ 上限の水位検出センサ ６６ 器内満水検出センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 優 東京都千代田区一番町31 株式会社 錢 高組内 (72)発明者 小沢 弘俊 東京都品川区大崎一丁目２番４号 株式 会社 ティクス内 (72)発明者 山下 武男 東京都品川区大崎一丁目２番４号 株式 会社 地下計測技術コンサルタント内 (72)発明者 茨木 幸夫 東京都品川区大崎一丁目２番４号 株式 会社 地下計測技術コンサルタント内 (56)参考文献 特開 平８−193490（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−217375（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−166525（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 301 G01N 1/22 G01N 30/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 泥水または泥土圧シールド工法におい
   て、回転カッターで掘削された地山土砂の混入した泥水
   試料または泥土試料を、試料吸排管と試料吸排ポンプと
   の組み合わせからなる試料吸排系を移送する過程で一定
   量採取し、この採取試料を、前記試料吸排系とバルブ機
   構を介して接続された試料循環系に配設のサンドトラッ
   プに送り、さらにこの試料循環系における水が充満さ
   れ、かつ真空に保たれたガス抽出器に送り、この試料循
   環系内で採取試料を循環混合させることで、砂分などの
   固形質を前記サンドトラップ底部に沈積させ、ガス成分
   の溶存する混合溶液から遊離したメタンガスなどの遊離
   気体を前記ガス抽出器に連設のシリンダに取り込み、さ
   らに、遊離気体を空気で希釈して一定量の混合ガスとし
   てガス分析器に送り、このガス分析器でガス成分別に定
   量分析し、地山土砂に含まれるメタンなど有害ガス量を
   算出することを特徴とする泥水・泥土圧シールド掘削兼
   用地層ガス検知方法。
2. 【請求項２】 回転カッターで掘削された土砂を泥水試
   料または泥土試料として取り込む試料吸排管と、この試
   料吸排管で取り込んだ採取試料を前記試料吸排管を通し
   て吸入，排出し、バルブの切り換えにより後工程である
   試料循環系に移送する試料吸排ポンプとの組み合わせか
   らなる試料吸排系と、前記試料に含まれている固形質を
   分離、除去するサンドトラップおよび水が充満され、か
   つ真空に保たれたガス抽出器を系内に有し、バルブ機構
   を介して前記試料吸排系と接続される試料循環系と、前
   記ガス抽出器に接続され、前記試料循環系内のガス成分
   の溶存する混合溶液からメタンガスなどの遊離気体を取
   り込むシリンダと、前記遊離気体を空気で希釈して一定
   量の混合ガスとして取り込み、ガス成分別に定量分析
   し、地山土砂に含まれるメタンなど有害ガス量を算出す
   るガス分析器とからなる泥水・泥土圧シールド掘削兼用
   地層ガス検知装置。
3. 【請求項３】 前記２本の試料吸排管が、シールド機先
   端の隔壁に取り付けられ、各試料吸排管の先端入り口に
   砂礫防護スクリーンが設けられ、前記サンドトラップ
   が、前記固形質の除去効果を高めるため試料吸排ポンプ
   の吐出量、採取試料の量、試料希釈用水量などによって
   決定される容積と高さ寸法を有し、更に、ジェット噴流
   によるサイホン効果を利用して前記サンドトラップで除
   去された砂分など固形質を装置外に排出するための注水
   ノズルが設けられている請求項２記載の泥水・泥土圧シ
   ールド掘削兼用地層ガス検知装置。
4. 【請求項４】 前記試料吸排ポンプを、砂分など固形質
   を含む泥水または泥土試料を効率よく吸排し、かつ耐久
   性に優れたスラリー用のローラチューブポンプで構成
   し、前記試料吸排系及び試料循環系のそれぞれに設ける
   前記バルブには、空気シリンダと補強材入りゴムチュー
   ブの組み合わせからなる耐久性に優れたスラリー用遮断
   バルブを使用することを特徴とした請求項２又は３に記
   載の泥水・泥土圧シールド掘削兼用地層ガス検知装置。